Question

矿产在自然界中的分布是有规律的

Answer 1

存在于自然界中的矿产资源，并不是杂乱无章的，如同世界上宇宙间其他事物一样，有其自身的客观规律。

有关矿产方面的规律可以概分为三类。一是矿产形成规律;二是矿产分布规律; 三是矿产变化规律。

( 一) 矿产形成规律

地壳中各种矿产的形成并不是一种偶然的现象，而都是受一定的地质作用、地质环境和条件所决定与支配的。也就是说是有一定规律的。不同地质作用形成不同类型的矿床 ( 表 6、表 7、表 8) 。

不同矿产有不同的形成规律。煤矿有自己的形成规律。煤在形成之后，随着变质程度的增高，可发生由褐煤向烟煤和无烟煤以至半石墨和石墨的转变。石油的形成首先需要有大量成油物质的聚集，还需要有生油层、储油层和盖层这三者的科学组合，在一定的温度与压力条件下才能形成。其他沉积型金属矿床 ( 机械沉积矿床、化学沉积矿床、生物化学沉积矿床和火山沉积矿床) 也有自己的形成规律。以化学沉积矿床为例，由于成矿元素及其化合物的性质、迁移能力、搬运和沉积方式的不同，随着离岸边剥蚀区距离的增加，在介质环境不断变化的情况下，它们按一定顺序沉积下来而形成不同的矿产。离剥蚀区最近的为氧化物，然后依次为氧化物、磷酸盐、硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐和氯化物 ( 图 5) 。

表 6 外生矿床类

( 据朱上庆，1971，经简化)

表 7 内生矿床类

( 据朱上庆，1971，经简化)

表 8 变质矿床类

( 据朱上庆，1971，经简化)

图 5 化学沉积分异示意图( 引自武汉地院地化教研室 《地球化学》，1977)

在氧化物中铝土矿、铁矿和锰矿等不同矿产的氧化物又依离岸边和剥蚀区远近而先后依次沉积 ( 图 6) 。

图 6 铝、铁和锰在盆地的滨岸部分的分异作用( 据斯米尔诺夫，1976)

同一种成矿元素在不同沉积环境中又可以形成不同类型的矿物。如海相沉积锰矿，随着海盆地底部物理化学条件的变化，从海岸向盆地深处，一般可分为软锰矿矿物相、水锰矿矿物相和碳酸盐矿物相三个相带 ( 图 7) 。这三个相带主要是由于海水中氧和有机物不同所造成。离岸较近氧气充足的氧化环境中形成软锰矿，在离岸较远氧气不足弱还原条件下形成水锰矿，在离岸更远的还原条件下则形成碳酸锰，并有硫化物共生。这种情况在一些锰矿均可见到，广西夏雷锰矿即为其中一例。

图 7 不同深度海相沉积锰矿各矿物相带分布示意图( 据方邺森，等)

盐类矿产也是一样，依沉积环境，介质条件的改变，盐类大致按下列顺序结晶: 石膏—石盐—镁的硫酸盐—钾石盐—光卤石—水氯镁石 ( 表 9) 。

表 9 盐类沉积的标准地层顺序简表

续表

注: 括号内表示在该带的有限地段内可能形成的矿物。

( 据瓦利亚什科 M，经简化)

岩浆矿产有岩浆矿产的形成规律。不同类型的岩浆岩，有不同的矿产形成。如与超基性岩及基性岩有关的铬铁矿、镍矿、铂矿、铜矿、钒矿、钴矿、蛇纹石矿等; 与酸性岩浆岩有关的钨、锡、铋、钼、稀土矿; 与中酸性岩浆岩有关的铜、铅、锌等多金属矿，与伟晶岩有关的铍、锂、铌、钽等稀有金属矿产。

变质作用可以形成变质矿床。变质成矿作用是指含有用元素较高的原岩，在变质作用条件下，通过变质结晶和重结晶作用，以及变质热液和混合岩化热液影响下，改造原有岩石或矿石，使有用元素进一步迁移聚集形成新矿床的过程。如石墨、金刚石、铁、铜、硼、磷、稀有、稀土、菱锰矿等。在变质成矿作用过程中，温度起主导作用。温度升高一方面可使矿物重结晶。如沉积的氢氧化铁，经高温脱水作用和重结晶，变成赤铁矿以至磁铁矿，矿石中蛋白石重结晶为石英，从而形成有价值的条带状磁铁石英岩。另一方面，温度升高可加速变质反应，促使原有矿物变为新的矿物，从而形成有工业价值的矿床。例如富铝岩石在低绿片岩相变质条件下，形成硬铝石矿床 ( 西伯利亚) ，在角闪岩相变质条件下形成红柱石矿床 ( 澳大利亚) ，在高压变质条件下形成刚玉—蓝晶石矿床。变质矿产在整个矿产中占据重要的位置。由于前寒武纪历史很长，约 40 亿年，占地球史的 7/8。这个时期形成的变质岩在全球分布相当广泛，约占陆地面积的 18%。在这些变质岩中矿产特别丰富。世界上许多超大型矿床均产于这一时期变质岩中。如原苏联库尔斯克磁异常铁矿和克里沃罗格铁矿、巴西和印度的铁矿、布什维尔德铬铁矿 ( 铀矿) 和德瓦芒士的金矿、加拿大安大略的肖德伯里镍矿和提敏斯金矿、澳大利亚新南威尔士布罗肯山的铅锌矿等。

叠加成矿作用是指由两种或两种以上成矿作用综合作用而形成的矿床。随着地质工作的深化和测试技术的进步，愈来愈多地发现一些矿床甚至是一些大型特大型矿床并不是单一地质作用形成的，而是几种不同类型地质作用的结果。

地质工作者通过对矿床形成规律包括区域成矿规律、矿床类型规律等的认识，可以有效地指导找矿。一个具有工业利用价值的矿床的形成有多种地质因素的作用，按不同因素可将矿床划分为不同的矿床类型模式。对于矿床类型分类从不同角度考虑在地质界有不同划分方法。作者在江西工作期间，考虑到野外找矿工作的方便曾将矿床按控制成矿和容矿的主要地质体的形态划分为四种类型。一类是主要受一定地质时代地层层位控制的矿床，称层控矿床，如沉积矿床、元古宙沉积变质铁矿等; 一类是主要受岩浆岩岩体控制的矿床，称岩控矿床，如斑岩型矿床; 一类是主要受断裂构造控制的矿床，称裂控矿床，如石英大脉型黑钨矿床、石英脉型金矿等; 一类是同时受两种或两种以上因素控制的矿床，称复控矿床，如长江中下游地区一些 “三位一体”矿床( 江西城门山铜矿等) 。

( 二) 矿产分布规律

地球上各种矿产的分布并不是杂乱无章的，也是有一定规律可循的。矿产分布规律表现在两个方面: 一是矿产在时间上的分布规律，一是矿产在空间上的分布规律。

1. 矿产在时间上的分布规律

矿产在地球发展进程中时间上的分布是很不均匀的。矿产不是连续不断地形成，而是有一定的阶段性。这种形成有一定矿产组合的阶段被称为成矿期。由于成矿总是受地质构造条件控制，所以地壳运动发展的多旋回性也给成矿作用带来多旋回特点。并且地壳上的成矿期与地质构造旋回大体相当。各个成矿期之间既有它的差异性，又有它的类似性。差异性的出现是由于地球在发展演化过程中成矿地质条件自然也会随之产生一定的变化，因而不同成矿期的矿产情况也自有其特点。如前寒武纪成矿期以亲铁元素为主，加里东期至燕山期以亲铜元素为主，燕山期至喜马拉雅期以亲石元素为主。不同成矿期之间矿产情况之所以存在类似性，是因为地球在发展过程中不都是突变式的发展，而在很长时期内是渐进式的演化，因而后一阶段总是保有前一阶段的某些特征，从而显示成矿作用的继承性和长期性 ( 图 8) 。

从图 8 可以清楚地看出在地史发展过程中成矿作用不仅具有长期性和继承性的特点，而且具有明显的方向性。

成矿作用在时间上具有方向性的特点还表现在随着地质时代的发展，同一元素而成矿特点往往不同。如铁矿，在前寒武纪以条带状磁铁矿石英岩为主，古生代则以鲕状赤铁矿为主，到中生代又演化成以菱铁矿为主。

尽管成矿作用在地史发展过程中有一定的连续性和继承性，但是地壳的不断演化，不同地质历史时期的地质环境与成矿地质条件也跟着变化，因而在不同地质历史时期成矿特征也不尽相同。

特瓦尔奇列利哲 Γ A 根据构造作用、岩浆作用、沉积作用和成矿作用的一系列特点，将全球分为七个最主要的成矿期 ( 表10) 。

图 8 地壳演化与主要成矿元素演化序列示意图( 据沈永和，1982)

表 10 全球最主要成矿期及有关矿床

续表

( 据特瓦尔奇列利哲，1970)

不同矿产在地质历史的不同时期的分布也是不均匀的。尽管许多矿产在时间上广泛分布，但从量的分析来看，在一定时间内较为集中。

据有关资料，全球 60% 的铀矿、63% 的铁矿、70% 的金矿和镍矿、73%的铬铁矿、75%的铁矿、80%的钛矿、90% 的钴矿属于前寒武纪成矿期，绝大多数金刚石矿也属于前寒武纪; 90%的锡矿和 85% 的钨矿形成于中生代; 85% 的钼矿形成于中、新生代; 40%的铜矿形成于新生代。石炭纪、二叠纪为世界最主要的成煤期，二叠纪是最重要的成盐期，中新生代是最重要的成油期，其中又以中生代成油期为最集中。据对世界上已知的 509 个大油气田所拥有的油气资源按储层地质时代统计，属于中生代的占 64. 65%，见表 11 和图 9。

表 11 世界大油气田 ( 按储层时代) 统计表

( 据地矿部石油地质情报网，1988)

图 9 世界大油气田储层时代统计曲线( 据地矿部石油地质情报网，1988)

全球情况如此，中国也是一样。不同成矿期的矿化富集程度是不一致的。我国著名矿床学家郭文魁教授通过对 549 个内生金属矿床资料分析，发现其中有 300 个矿床是燕山成矿期形成的，约占自太古宙以来所形成矿床总数的 55% ( 表 12) 。

矿床在时间分布上的不均匀性不仅表现在各种矿产在不同成矿期分布是不均匀的，而且同一种矿床在不同地质历史时期富集程度也是不均的。如煤矿，主要形成古生代和中生代，其中特别是以石炭纪—二叠纪和侏罗纪为最富集 ( 表 13) 。

金矿在地质史上的时间分布也有广泛分布与局部集中的特点。金矿能形成于所有地质时期和不同类型岩石和构造环境之中，从太古宙到新生代，均有金矿床形成。从岩浆岩、沉积岩到变质岩均有金矿床产出。但主要分布于太古宙到元古宙的古老变质岩里面，其次是新生代地层之中 ( 表 14) 。

表 12 中国主要内生金属矿床成矿时代对比表

① 矿床 ( 矿点) 个数。

② 每个矿种 ( 或成矿域) 矿床 ( 矿点) 总数的百分数。

( 据郭文魁等，1987)

表 13 中国主要成煤时代、煤储量分布和煤种情况表

表 14 各地质时期的金储量比

( 据 Hekpacoв，1981)

如考虑前寒武纪延续时间 ( 40 亿年) 约为中新生代 ( 2. 25亿年) 的 18 倍，以单位时间所形成的金矿计算，则中—新生代的强度要大大地高于前寒武纪。

2. 矿产在空间上的分布规律

从空间上看，矿产分布是很不均匀的，但也是有一定规律的。富铁矿主要集中在南半球，北半球贫铁矿居多。世界探明石油资源有一半分布在中东地区。煤矿聚集在地球表面的三个主要地区，一是以石炭纪煤为主的北美东部、欧洲和北非及西亚地区; 一是二叠纪和侏罗纪煤为主的东亚、大洋洲、南极、北极、东南亚及南美地区; 一是以白垩纪和第三纪煤为主的环太平洋边缘地区。有色金属矿产则在太平洋成矿带内广泛分布，其中南北美洲拥有世界铜资源量的 58%，非洲和欧洲占 12%，亚洲和大洋洲占 15% ( 表 15) 。

表 15 2004 ～2005 年世界铜储量和储量基础

① 为美国地质调查局估计数: 世界总计取整数。

资料来源: 国土资源信息中心. 世界矿产资源年评 2004 ～2005.

金刚石矿主要在非洲 ( 表 16) 。世界估计有金刚石储量 20亿 ～22 亿克拉，其中 85% 分布在非洲，而刚果民主共和国几乎占有一半。表中没有包括美国在内。据美国矿业局 1977 年估计，其金刚石储量为 6. 8 亿克拉。

表 16 世界各国金刚石估计储量

( 据张培元等，1982)

金矿在世界各地广泛分布，但主要产在南非、澳大利亚、秘鲁、俄罗斯、美国、加拿大等国家 ( 表 17) 。近若干年来，美国的金矿勘查有新的重大进展。澳大利亚由于奥林匹克坝等金矿的发现，也跃居黄金大国。

表 17 2005 年世界黄金储量和储量基础 单位: t

资料来源: 国土资源部信息中心. 世界矿产资源年评 2004 ～2005.

在中国矿产空间分布也是有一定规律可循的。铁矿、煤矿、石油主要集中在地壳相对稳定的地区，而有色金属则多在地史上构造活动度较强的地区。

郭文魁教授通过对中国主要内生金属矿床成矿地质条件的分析，以构造 － 岩浆为主要因素，兼顾金属元素的性能，作为划分成矿区域的原则，将我国划分为古亚洲成矿域、滨太平洋成矿域和特提斯 － 喜马拉雅成矿域等三个大的成矿单元。

我国地质力学专家孙殿卿教授等根据地质力学观点，按照构造体系和矿产成矿关系，将我国主要成矿区域划分为阴山 － 天山成矿带、秦岭 － 昆仑成矿带、南岭成矿带、台湾成矿带、中蒙弧成矿带、淮阳弧成矿带、三江成矿带，以及青藏高原成矿带和其他一些成矿带等 20 多个成矿带。

( 三) 矿产变化规律

矿产变化规律包含两个方面: 一是矿产在形成过程中的变化，二是矿产在形成后的变化。

1. 矿产形成过程中的变化

这里又有几种情况。一是在同一矿床中，不同矿产由于所需成矿条件不尽相同，而分别在不同空间部分形成，并作有规律地变化。如新疆阿勒泰地区可可托海伟晶岩型稀有金属矿床中铍、铌、锂、钽等不同矿产呈有规律的带状分布 ( 图 10) 。从脉边部到脉中心形成以某些矿物组合特别发育而构成的环状带，这些环状带叫做结构带。3 号伟晶岩脉的岩钟体可分为 9 个结构带，构成同心环带状构造，从外向内依次为: 文象变文象伟晶岩带; 糖晶状钠长石带; 块体微斜长石带; 白云母 － 石英带; 叶钠长石 －锂辉石带; 石英 － 锂辉石带; 白云母 － 薄片钠长石带; 薄片钠长石 － 锂云母带; 核部块体微斜长石带。

图 10 3 号岩脉平面图

在许多多金属硫化矿床中也常有分带情况，矿床上部为铅锌矿，而深部为铜矿。

另一种情况是同一种矿产，由于成矿介质环境的不同，可以形成不同的矿物。如沉积铁矿床的成分，由于受 E_h和 pH 值的控制，自水体岸边向水深处依次排列的沉积顺序为: 氧化物—碳酸盐—硅酸盐—硫化物，再往深处，甚至可以为锰矿所代替。

2. 矿产形成后的变化

矿产和自然界其他事物一样，在其形成之后，也经历着形式不同、程度不同的变化。特别是出露在地表的矿体露头和产于近地表的部分，由于化学变化和物理变化等自然力的影响，会导致矿产的成分、结构、产状、质量上的变化。变化的结果可能导致原有有用矿物的破坏，也可能导致产生新的有用矿物; 可能导致原有矿床的破坏，也可能导致新的矿床的形成; 可能导致矿石质量的劣化，也可能导致矿石质量的优化。情况是很复杂的，但也是有规律可循的。

如金属硫化物矿床形成之后，经外力作用和地下水影响发生规律性变化。如铜矿床的地表普遍有氧化带形成。在许多地区，于氧化带和原生带之间还有次生富集带的形成 ( 图 11) 。

图 11 墨西哥拉卡里达德矿床横剖面中的氧化、次生硫化物矿石带和原生矿石带的关系( 据萨耶加尔特，等)

在原苏联和美洲，硫化矿床的次生富集带特别发育。次生富集带厚度一般为几十米 ( 原苏联科拉恩拉德铜矿) 有的仅厚 1 ～3 米 ( 美国阿巴拉契矿床) ，有的厚达 400 ～ 500 米 ( 美国比斯比、犹他科普) 。次生富集带中铜的含量，通常超过原生铜含量的 2 ～3 倍，甚至更多。在我国，硫化矿床一般也有氧化带、次生富集带和原生矿带等三带的形成，但次生富集带一般不甚发育。如江西德兴斑岩铜 ( 钼) 矿。该矿田的表生带垂深厚度为5 ～ 40 米，平均厚 13 米。它的特征与一般硫化矿床表生带相同，即可分为氧化带和次生硫化富集带两个带，并且与地下水分带有着明显的对应关系 ( 表 18; 图 12) 。在硫化矿床氧化带中，铜、铅、锌等有色金属呈贫化趋势，铁、金等元素则相对富集。

表 18 矿床表生分布与地下水分带的对应关系

图 12 铜厂矿床表生分布示意剖面图( 引自朱训等，1983)

有些矿产出露在地表 ( 或在地史上曾出露地表) ，经风化作用不是导致有益元素的贫化，而是导致有益元素的富集。如某些碳酸盐岩石、古老变质岩和年轻玄武岩，经长期风化，在其风化面上可能导致氧化铝的富集，甚至形成铝土矿。如中国北方，在寒武纪、奥陶纪地层形成之后，因加里东运动的影响地壳升起，使该区长期遭受准平原化，在干旱季节的温热气候条件下，碳酸盐岩石遭受红土化作用，在低凹地区堆积了红土。当中石炭世海侵时，在浅海边缘就地沉积，形成铝土矿。山东淄博铝土矿床即属此类。又如广西平果大型铝土矿床，该矿铝土矿物质来源自上二叠统底部直接覆盖于泥盆系灰岩侵蚀面上的原生沉积铝土矿。原矿含铝较贫，经后期改造、淋滤去硅、去铁作用，使铝富集而成。矿体大部分堆集在灰岩的岩溶凹地之中。再如我国福建漳浦红土型铝土矿，该矿是由第三系玄武岩经长期风化作用而形成的残坡积矿床。这类与风化壳有关的矿床具有重要意义，在印度、加纳、巴西、圭亚那、澳大利亚等世界许多地区均有分布，其储量约占世界铝土矿总储量的 80%。

碳酸盐型磷矿出露地表后，经风化也导致磷的富集。有些磷矿未经风化的原生矿品位贫，甚至难以开发利用。而氧化带中的矿石品位高可以利用 ( 如江西赣东北地区磷矿) 。

还有一种情况，即在地表经风化作用后能形成一种新的矿产。如云南墨江地区和江西赣东北地区的蛇纹石矿，经风化后能形成一种风化壳红土型镍矿。这种情况在原苏联、印度尼西亚、新喀里多尼亚 ( 法) 以及其他一些国家也有。

有些物理化学性质比较稳定的矿产，如水晶、宝石、金刚石、锡石、钨矿、金矿等，其原生矿在经风化、破碎、搬运之后，在一定条件下又可形成砂矿，如砂金矿、砂锡矿、金刚石砂矿、宝石砂矿等。这也是否定之否定的规律在矿产形成过程中的反映。正如恩格斯所指出的那样: “全部地质学是一个被否定了的否定的系列，是旧岩层不断毁坏和新岩层不断形成的系列。”( 《马列著作选读·哲学》) 。原生金矿出露地表因风化作用而破坏，这是对原生金矿的否定。原生金矿破坏后的分散的金粒，在一定条件下 ( 重力、水流等) 又富集成砂金矿。砂金矿的形成则又是对风化破坏作用的一种否定。

总之，客观存在的矿产的形成、分布与发展变化都是有一定规律可循的。只要我们掌握客观地质规律，就能够卓有成效地开展与指导矿产勘查工作。